I raggi X usati per capire i difetti della stampa 3d metal

I raggi X per scoprire perché la stampa 3D metal produce difetti
Lo SLAC National Accelerator Laboratory del Department of Energy sta studiando come evitare difetti nelle parti stampate in metallo. I suoi processi di osservazione a raggi X potrebbero condurre a componenti  stampate in 3D più affidabili.

Sia che la tua stampante 3D sia installata a casa, in fabbrica, su una nave o persino nello spazio , vuoi sempre che i tuoi oggetti stampati in 3D abbiano il minor numero di difetti possibile, sia per scopi estetici che per garantire la funzionalità di un parte critica. A volte, tuttavia, può essere difficile identificare le cause dei difetti: è qualcosa che ha a che fare con il materiale di stampa 3D o con la stampante 3D stessa? Forse il difetto viene dal modello CAD 3D utilizzato per costruire la parte?

Gli scienziati del Laboratorio Acceleratore Nazionale SLAC del Dipartimento dell’Energia sono altrettanto curiosi sul motivo per cui si verificano difetti nelle parti stampate in 3D  in metallo  e hanno deciso di utilizzare un impianto di osservazione dotato di raggi X per capire meglio cosa fa sbagliare le stampe 3D. Gli scienziati ritengono che la ricerca potrebbe avvantaggiare i produttori di tutti i tipi di articoli stampati in 3D, in settori come l’aerospaziale, l’automobilistico e l’assistenza sanitaria.

La ricerca è in corso presso il laboratorio Stanford Synchrotron Radiation Lightsource (SSRL), e viene aiutata dagli scienziati del Lawrence Livermore National Laboratory e Ames Laboratory del DOE. Insieme, questi scienziati stanno utilizzando due metodi ai raggi X per vedere cosa succede durante il processo di stampa 3D in metallo, una tecnologia incredibilmente utile, ma che deve ancora essere perfezionata.

“Con la stampa 3D, puoi realizzare parti con geometrie molto complesse che non sono accessibili per la fusione come normali parti metalliche”, ha detto la scienziata dello staff e capo del progetto SLAC Johanna Nelson Weker. “In teoria, può essere una rapida inversione di tendenza: basta progettare, inviare, stampare da una posizione remota. Ma non siamo ancora arrivati. Abbiamo ancora bisogno di capire tutti i parametri coinvolti nella realizzazione di parti solide e resistenti “.

I maker sono  ben consapevoli dei vari difetti che possono verificarsi con le stampanti 3D di modellazione con deposizione fusa di estrusione di plastica (3D), ma le stampanti 3D in metallo presentano le loro serie di problemi. Durante la fusione laser selettiva (SLM), ad esempio, il processo del raggio laser di fusione della polvere produce spesso pozzi o punti deboli quando il metallo si raffredda e si indurisce in modo non uniforme durante la costruzione degli strati. Ma perché si verificano e come possono essere evitati?

Durante questi studi, gli scienziati dello SLAC stanno cercando di arrivare al fondo di questo grande problema di produzione additiva, analizzando il tipo di metallo utilizzato, il livello di calore del laser, la velocità alla quale il metallo riscalda e si raffredda e altri fattori che potrebbe contribuire ai difetti delle parti stampate in 3D.

“Stiamo fornendo la ricerca di fisica fondamentale che ci aiuterà a identificare quali aspetti della stampa 3D in metallo sono importanti”, ha commentato Chris Tassone, uno scienziato dello staff della divisione Scienza dei materiali della SSRL.

Gli scienziati ritengono che l’uso dei raggi X piuttosto che i dispositivi di imaging termico possano scoprire i segreti della formazione dei pozzi. Stanno usando due diverse tecniche a raggi X, una che cattura le immagini a risoluzione microscopica di ciò che accade mentre gli strati di metallo si accumulano, e un’altra che rimbalza i raggi X dagli atomi nel materiale per analizzare la sua struttura atomica mentre si scioglie e poi si raffredda.

I ricercatori, Nelson Weker, Tassone e altri quattro: Kevin Stone, Anthony Fong, Andrew Kiss e Vivek Thampy, non sono ancora in grado di ottenere risposte definitive, ma sono fiduciosi che la loro nuova configurazione a raggi X potrebbe migliorare notevolmente la stampa 3D in metallo , dovrebbero eventualmente essere identificate le cause di pozzi e punti deboli. Lo studio sarà anche utilizzato per osservare altri tipi di produzione di additivi metallici, inclusa la deposizione di energia diretta.

Mentre lo studio avanza, gli scienziati hanno in programma di introdurre altri strumenti di osservazione nel processo, tra cui una telecamera ad alta velocità in grado di raccogliere fotografie e filmati del processo di produzione. Saranno quindi in grado di abbinare le loro immagini con i loro dati a raggi X in determinati punti al fine di ottenere una più completa comprensione di ciò che sta accadendo nelle parti stampate in metallo 3D.

“Vogliamo che le persone siano in grado di collegare ciò che vedono sulle loro macchine fotografiche con ciò che stiamo misurando qui, in modo che possano dedurre ciò che accade al di sotto della superficie del materiale metallico in crescita”, ha spiegato Nelson Weker. “Vogliamo dare un significato a queste firme.”

Per l’intero settore, speriamo che trovino ciò che stanno cercando.

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